پلی اتیلن چیست؟(بخش سوم)

پلی ­اتیلن سنگین

بخش سوم-مفهوم فرایندپذیری در سیلندر و ماردون

در دو بخش قبلی شاخص­ هایی که برای تعریف ریزساختار پلی ­اتیلن استفاده می­شوند تشریح شد که عبارت از طول مولکلول و مقدار شاخه هستند. برای اینکه بدانیم یک گرید مشخص از پلی­ اتیلن سنگین برای چه فرایند شکل­ دهی مناسب است یا اینکه آیا خواص مورد نظر ما را فراهم می­ آورد یا نه لازم است بدانیم که چه ارتباطی بین ریزساختار و این ویژگی­ها وجود دارد. این مبحث با ارتباط الزامات فرایندهای شکل­دهی با ریزساختار آغاز  می­شود.

پلی­ اتیلن در طی فرایندهای شکل­ دهی از گرانول­ های جامد به مذاب یکدستی تبدیل شده که با عبور از دای یا تزریق شدن داخل قالب شکل نهایی خود را گرفته و در نهایت خنک می­شود. پس، فرایندهای شکل­ دهی شامل  اکستروژن و در ادامه قالبگیری یا عبور از دای هستند.

در بخش اکستروژن مواد که معمولا به شکل گرانول هستند توسط حرکت ماردون داخل سیلندر به جلو هل داده شده و تحت تأثیر گرمایش از بدنه بیرونی سیلندر و نیز حرارت ناشی از اصطکاک مالشی مواد به هم و به بدنه دستگاه به مذاب تبدیل می­شوند. آنچه قابلیت فرایند در اکسترودر را تعیین می­کند فشار مذاب در سر اکسترودر یا آمپری است که موتور اکسترودر می­کشد. فشار مذاب کمتر یا آمپر پایین­تر موتور ضمن کاهش فشار وارده بر دستگاه و در نتیجه استهلاک کمتر، به کاهش مصرف انرژی کمک کرده و اینکه به کاربر اجازه می­دهد تا دورهای بالاتر ماردون را برای تولید مواد در فرایندهای اکستروژنی بکار گیرد.

این مهم زمانی اتفاق می­افتد که مقاومت مذاب در برابر حرکت کمتر باشد. این ویژگی که به آن ویسکوزیته می­گویند به سادگی با شاخص MFI قابل ارتباط است. بطور کلی هر چه MFI اندازه­گیری شده در وزنه ۲.۱۶ یا ۵.۰ کیلوگرم بالاتر باشد مقاومت در برابر حرکت مذاب یا ویسکوزیته آن کمتر بوده و ماده فرایندپذیرتر است. همانطور که در بخش اول از این سری مطالب عنوان شد MFI معیاری از طول مولکول بوده و با آن رابطه عکس دارد. یعنی MFI بالاتر معادل مولکول­ های کوچکتر بوده و این به معنی سهولت حرکت مذاب داخل سیلندر و ماردون می­باشد.

اگر چه MFIهای بالا برای تسهیل فرایند شکل­ دهی یک مزیت است ولی از طرف دیگر محصولی که با آن تولید می­شود از خواص به حد کافی بالایی برخوردار نیست (ارتباط خواص و ریزساختار در بخش ­های آتی بحث می­شود). شاخص دیگری که برای این منظور استفاده می­شود اختلاف طول مولکول­ها یا به عبارت دیگر توزیع طول مولکول­هاست که با نسبت MFI اندازه­گیری شده در وزنه­های ۲۱.۶ به ۵ یا ۲.۱۶ کیلوگرم بدست می­آید. هر چه اختلاف طول مولکول­ها بیشتر باشد یا به عبارت دیگر هر چه نسبت MFIها بزرگتر باشد مذاب از مقاومت کمتری برای حرکت داخل سیلندر و ماردون برخوردار بوده یا ویسکوزیته کمتر بوده که این به معنی فرایندپذیری بهتر است.

پس برای اینکه از مزیت MFI پایین برای خواص مناسب بتوانیم استفاده کنیم لازم است نسبت MFIهای بالاتر داشته باشیم تا بتوان سهولت فرایندپذیری را برای این مواد ایجاد کرد.

میزان سهولت یا سختی عبور مذاب از داخل دای نیز با همین فرمول قابل ارزیابی است: MFIهای بالاتر و یا نسبت MFIهای بزرگتر موجب کاهش ویسکوزیته مذاب و در نتیجه تسهیل عبور مواد از داخل دای می­شوند.

در فرایند شکل­ دهی تزریق یک محدودیت برای توزیع طول مولکول ­ها وجود دارد و آنهم این است که برای سرد شدن یکدست مواد و جلوگیری از بروز تاب برداشتن قطعات لازم است از موادی استفاده شود که توزیع طول مولکول­های آن باریک باشد. به عبارت بهتر این مواد باید نسبت MFIهای کوچکتری داشته باشند. پس برای بهبود فرایندپذیری در گرید تزریق لازم است تکیه بر افزایش MFI باشد و نمی­توان برای این منظور روی افزایش نسبت MFIها حساب کرد.